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전기기사 전력공학 · 소내전원설비 및 보호계전방식

Station Service & Protection System

소내 전원은 발전소가 스스로를 돌리는 데 쓰는 전력으로, 펌프 · 제어 장치 · 조명 같은 소내 부하에 공급되며 발전 전력의 몇 % 를 차지한다. 소내 변압기 → 예비 소내 변압기 → 비상 디젤 발전기 → 축전지로 이어지는 백업 경로와, 고장 구간만 골라 끊는 보호 계전 방식이 이 단원의 두 축이다. 실기에는 축전지 용량과 셀 수 계산, 계전기 번호와 쓰임이 자주 나와요. 운전 모드 슬라이더로 정상 · 소내 변압기 고장 · 외부 전원 상실 때의 공급 경로를, 고장 위치 슬라이더로 동작하는 보호 계전기를 바꿔 볼 수 있어요.

발전소도 전기가 필요하다

🔍 소내 전원
①발전소가 스스로 운전하는 데 쓰는 전력을 소내 전력이라 하며, 발전 전력의 3 ~ 8% 쯤이다
②냉각수 펌프, 급수 펌프, 제어 장치, 조명 등이 소내 부하다
③소내 전원을 잃으면 발전소가 멈출 수 있어, 여러 겹의 백업을 갖춘다
④정상 소내 변압기 → 예비 소내 변압기 → 비상 디젤 발전기 → 축전지의 4단계로 받쳐요

소내 전원 공급 경로와 비상 절체

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0: 정상 / 1: 소내변 고장 / 2: 외부전원 상실
🔑 소내 전원의 계층
①정상: 주변압기 → 소내 변압기(SST) → 소내 모선 → 부하
②소내 변압기 고장: 예비 소내 변압기가 자동으로 투입된다(자동 절체)
③외부 전원 상실: 비상 디젤 발전기(D/G)가 10초 안팎에 기동해 필수 부하에 공급한다
④마지막 수단: 축전지(DC)와 UPS 로 제어 장치와 보호 계전기의 전원을 지켜요

축전지 용량 계산(실기)

축전지 용량
C = L × TK × η [Ah]
L 은 부하 전류[A], T 는 방전 시간[h], K 는 보수율(0.8), η 는 방전 효율이다. 교재의 표준식 C = (1/L)·K·I 는 기호가 달라(L 보수율, K 용량 환산 시간, I 방전 전류) 헷갈리기 쉬워요.
셀 수 정하기
N = Ee
E 는 필요한 직류 전압, e 는 셀 하나의 전압(연축전지 2 V, 알칼리 1.2 V)이다.
충전기 용량
Ic = CT충전 + I상시부하
충전기는 충전 전류와 상시 부하 전류를 함께 공급해야 한다.
💡 실기 계산
①DC 110 V 연축전지, 방전 전류 50 A, 방전 1 시간, 보수율 0.8 이면 C = 50 × 1/0.8 = 62.5 Ah 다
②셀 수는 110 V / 2 V = 55 셀이다
③UPS 용량[kVA]은 부하 용량을 역률과 UPS 효율로 나눠 구한다
④방전 종지 전압은 연축전지 1.75 V/셀, 알칼리 1.0 V/셀 쯤이에요

보호 계전 방식의 원리와 구성

50%
💡 보호 계전기 종류별 쓰임
①과전류 계전기(OCR, 51): 가장 기본이 되는 계전기로 시한 특성을 가지며, 배전 선로 보호에 쓴다
②차동 계전기(87): 양쪽 CT 전류의 차를 검출해 발전기 · 변압기 · 모선을 보호한다
③거리 계전기(21): Z = V/I 로 고장점까지의 임피던스를 재어 송전 선로를 보호한다
④부흐홀츠 계전기(63): 변압기 내부 고장 때 생기는 가스와 기름 흐름을 검출해요
💡 보호의 세 원칙
①신속성: 고장이 나면 가장 짧은 시간 안에 끊는다(차단기 3 ~ 5 사이클)
②선택성: 고장 구간만 떼어 내고 건전 구간은 계속 운전한다
③신뢰성: 주보호가 실패해도 후비 보호가 반드시 동작하도록 시간 협조를 맞춰요

시험 총정리

축전지 용량
L · TK · η [Ah]
실기 계산에 꼭 나옴
CT 변류비
n = I1I2
2차 정격 5 A 기준
OCR 한시 특성
t = K(I/Is)α − 1
반한시 · 정한시 · 강반한시
차동계전기
Iop = |I₁ − I₂| > Is
양쪽 CT 전류의 차를 검출
🎯 시험 포인트
①소내 전원 백업 순서: 소내 변압기 → 예비 소내 변압기 → 비상 D/G → 축전지
②축전지 용량 C = LT/K 와 셀 수 N = E/e 가 함께 나온다
③보호 계전기 번호: 51(OCR), 87(차동), 21(거리), 63(부흐홀츠), 59(OVR), 27(UVR)
④큰 단락 전류로 CT 가 포화하면 차동 계전기가 잘못 동작할 수 있어, 비율 특성으로 막는다
⑤실기에는 축전지 셀 수 · 용량, 보호 계전기 정정값, CT · PT 의 변류비 · 변성비 선정이 나와요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] DC 110V 연축전지, 방전전류 55A, 방전시간 1시간, 보수율 0.8일 때 축전지 용량[Ah]과 셀 수는? (답: C = 55×1/0.8 = 68.75 Ah, N = 110/2 = 55셀)
②[기출유형] 보호계전기의 3대 원칙을 쓰시오. (답: 신속성, 선택성, 신뢰성)
③[기출유형] 비율 차동 계전기(87)의 동작 원리와 적용 대상을 서술하시오.
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